ПЗ ЧН 2028. Введение Конструкция и эксплуатационные качества двигателя

• Название: Введение Конструкция и эксплуатационные качества двигателя
• Дата: 02.11.2021
• Размер: 0.92 Mb.
• Имя файла: ПЗ ЧН 2028.docx
• Тип: Реферат; #261120
• страница: 3 из 6

2.8 Расчет эффективных и индикаторных показателей
Расчет выполняется с целью определения энергетических и эффективных показателей двигателя.

Теоретическое среднее индикаторное давление, отнесенное к полному ходу поршня,

Р' =

Р' = = 1,111 МПа.

Коэффициент полноты действительной индикаторной диаграммы принимаем ([1], с. 39) равным

φ =(0,95÷0,97) ≈ 0,95.

Действительное среднее индикаторное давление

Р_iд = φР'_i,

Р_iд = 0,95 ∙ 1,111 = 1,055 МПа.

Среднее эффективное давление

Р_е = η_мР_iд,

Р_е = 0,85 ∙ 1,055 = 0,897 МПа.

Индикаторная мощность двигателя

N_i = 0,785D²SР_inz/60,

N_i = 0,785 ∙ 0,20² ∙ 0,280 ∙ 1055,5 ∙ 1000 ∙ 8/60 = 978 кВт.

Эффективная мощность двигателя

N_e = η_мN_i,

N_e = 0,85 ∙ 978 = 831 кВт.

Индикаторный КПД двигателя

η_i = RαG_oT_sp_i/(Q_нР_sη_н),

η_i = 0,287 ∙ 2,0 ∙ 14,27 ∙ 302 ∙ 1,055/(42290 ∙ 0,270 ∙ 0,865) = 0,44.

Удельный индикаторный расход топлива

g_i = 3600/(Q_нη_i),

g_i = 3600/(42290 ∙ 0,44) = 0,193 кг/(кВт∙ч).

Эффективный КПД двигателя

η_е = η_iη_м,

η_е = 0,5 ∙ 0,85 = 0,43.

Удельный эффективный расход топлива

g_е = g_i/η_м,

g_е = 0,193/0,85 = 0,227 кг/(кВт∙ч).

Часовой расход топлива

G_тч = g_eN_e,

G_тч = 0,227 ∙ 980 = 222,5 кг/ч.

Цикловая подача топлива

g_тц = G_тч/(60nz),

g_тц = 222,5/(60 ∙ 1000 ∙ 8) = 0,000463 кг/цикл.

Часовой расход воздуха для сгорания

G_вч = αG_оG_тч,

G_вч = 2,0 ∙ 14,27 ∙ 222,5 = 6350,2 кг/ч

2.9 Выводы

Относительное расхождение между величинами заданной эффективной мощности и полученной при расчете составляет

Δ_N = 100∙(N_e – N_ep)/N_e,

Δ_N = 100∙(980 – 978)/980 = 0,16 % < ± 3 %

Относительное расхождение между величинами среднего инди­ка­торного давления, полученного графически и расчетом (аналитически), составляет

Δ = 100∙(Р_iг – Р_iд)/Р_iд,

Δ = 100∙(1,112 – 1,055)/1,055 = 2,2 % < ± 3 %

Величины рассчитанных параметров и показателей соответствуют заданным значениям и известным ограничениям, основанным на опыте эксплуатации двигателей. Относительное расхождение между величинами эффективной мощности полученной расчетом и заданной, а также значения среднего индикаторного давления, полученного графически и аналитически, находятся в допустимых пределах.

Тепловой расчет можно считать законченным.

3. Расчет системы наддува двигателя

Давление газов перед турбиной Т₁, Мпа

0,346

Температура газов, истекающих из цилиндра при свободном выпуске, К
797,334

Средняя мольная изобарная теплоемкость продувочного воздуха, кДж./(кмоль·К)

28,327

Средняя мольная изобарная теплоемкость продуктов сгорания, кДж./(кмоль·К)

30,647

Средняя мольная изобарная теплоемкость газовоздушной смеси перед турбиной Т1, кДж./(кмоль·К)

30,540

Температура смеси перед турбиной Т1, К

776,017

Удельный расход газа в турбинах, кмоль/(кВт·с)

5,046

Степень понижения давления в турбине Т₁

2,233

Мольная доля воздуха в выпускном коллекторе

0,508

Мольная доля «чистых» продуктов сгорания в выпускном коллекторе

0,492

Постоянные уравнения средней изохорной теплоемкости газа (смеси продуктов сгорания и продувочного воздуха) :

19,856

0,003 ,

где указаны значения постоянных уравнений средней мольной изохорной теплоемкости соответственно воздуха и «чистых» продуктов сгорания.

Постоянная уравнения средней изобарной теплоемкости газа :

= 28,170 .

Температура газа в конце адиабатного расширения в турбине Т1, К

619,892

Средняя мольная изобарная теплоемкость газа в интервале температур 0 – , кДж./(кмоль·К)

=29,9

Средняя мольная изобарная теплоемкость газа в процессе адиабатного расширения в турбине Т₁ (в интервале температур – ), кДж/(кмоль·К)

32,285

Адиабатный теплоперепад в Т₁, кДж/кмоль

6720,76
Относительная мощность Т1

0,279

Действительная температура газа после Т1, К

619,892

Средняя мольная изобарная теплоемкость газа в интервалах температур 0 – и 0 – , кДж/(кмоль·К):

30,059 30,059

Относительный небаланс работ в турбокомпрессорах ( – в ТК1; – в ТК2):

0,004 0,000 – для систем наддува с iT < 2;

4. Расчет сил, действующих в КШМ двигателя

двигатель силовой индикаторный шатунный

Цель силового анализа кривошипно-шатунного механизма (КШМ) состоит в определении сил, действующих в элементах механизма, для последующего расчета их прочности, оценки удельных нагрузок на подшипники и степени неравномерности вращения коленчатого вала.

Методика расчета подробно изложена в конспекте лекций по дисциплине и в учебнике [3]. Методика реализована в компьютерной программе КРУИС.

Исходным материалом расчета являются параметры индикаторной диаграммы (ИД), постоянная КШМ, фазы газораспределения и некоторые общие характеристики двигателя (коэффициент тактности; число цилиндров в двигателе; число цилиндров, работающих на одну шейку коленчатого вала, порядок работы цилиндров, и др.).

В результате расчета динамики программа выдает четыре таблицы, из которых в данном проекте используются только таблицы 1 и 3. В них для каждого углового положения КШМ (в ºп.к.в.) с шагом, заданным в исходных данных, указаны силы, отнесенные к площади поршня (поэтому размерность «сил» – МПа) и действующие на элементы КШМ, включая коленчатый вал.

Первая таблица «Усилия в деталях КШМ» содержит следующие столбцы:

0 – текущее положение КШМ, ºп.к.в.;

1 – давление газов на поршень , МПа;

2 – избыточное давление газов на поршень (для Ч-ДВС: ), МПа;

3 – движущая сила , МПа;

4 – нормальная сила (или ), МПа;

5 – сила, действующая по оси шатуна , МПа;

6 – «вертикальная» сила, действующая на поршневой палец, МПа;

7 – полное давление в поршневом (головном) подшипнике, МПа;

8 – радиальная составляющая на шатунной шейке, МПа;

9 – тангенциальная составляющая на шатунной шейке, , МПа;

10 – полное давление в шатунном подшипнике, МПа;

11 – текущее положение КШМ (дублирование столбца «0»), ºп.к.в.

В третьей таблице «Усилия в коренных шейках коленчатого вала» для каждого расчетного углового положения кривошипа первого цилиндра указаны значения «набегающей» тангенциальной силы, скручивающей коренные шейки коленчатого вала, принадлежащие различным цилиндрам многоцилиндрового двигателя. Номер столбца таблицы означает номер цилиндра, которому соответствует коренная шейка коленчатого вала. Таким образом, в крайнем правом столбце результатов вычислений даны значения суммарной тангенциальной силы , МПа, скручивающей последнюю коренную шейку (действующей на выходном фланце двигателя и определяющей его крутящий момент).

С использованием диаграммы и эмпирической зависимости для момента инерции КШМ может быть рассчитана степень неравномерности вращения коленчатого вала.

Раздел характеристик двигателя

 = 4 – тактность двигателя (в используемой программе: = 4 для
Ч-ДВС и = 2 для Д-ДВС);

= 6 – число цилиндров двигателя;

=1 – число цилиндров, работающих на одну шатунную шейку коленчатого вала (для рядного двигателя =1, для V-образного =2);

= 0 – число нащечных противовесов коленчатого вала (в данном расчете противовесы не учтены).

Раздел порядка вспышек в цилиндрах

Принят следующий порядок работы цилиндров [3]:

1-5-3-6-2-4;

Раздел характеристик КШМ

=1000 – частота вращения вала двигателя, мин–1;

=0,328 – постоянная КШМ (отношение радиуса прототипа к длине шатуна; значение определено по чертежу двигателя);

=10 – расчетный интервал, ºп.к.в.;

Давления , а также параметры приняты по результатам расчета рабочего цикла двигателя (см. раздел 2 проекта):

=0,262 – давление в цилиндре в начале процесса сжатия, МПа;

= 13,647 – давление в конце процесса сжатия, МПа;

=17 – максимальное давление цикла, МПа;

=0,809 – давление в конце процесса расширения, МПа;

=0,104 – давление в подпоршневой полости, МПа (для Ч-ДВС ; для Д-ДВС );

=18 – степень сжатия;

=1,646 – степень предварительного расширения;

=1,368 – показатель политропы сжатия;

=1,273 – показатель политропы расширения;

=0 – доля хода поршня, потерянная при сжатии за счет газораспределительных органов (для Ч-ДВС принимают = 0)

– доля хода поршня, потерянная при расширении за счет газораспределительных органов; при угле опережения открытия выпускных клапанов =45º п.к.в. до НМТ значение =0,11.

=20 – диаметр цилиндра, см;

=28 – радиус кривошипа, см;

Массы: =21 – масса поршня, кг; =39 масса шатуна, кг; =50 – масса колена вала, кг.
Схема векторов сил в КШМ для положения механизма, указанного в задании, показана на рисунке 3.1. Модули векторов сил определены по распечатке результатов работы программы КРУИС, размещенной в ПРИЛОЖЕНИИ 3 (таблица 1).

Диаграммы движущей силы , тангенциальной силы , действующей в одном цилиндре и диаграмма суммарной тангенциальной силы на 01.01. Значения силы определены по распечатке результатов работы программы КРУИС (таблица 3).



Определение движущей силы выполнено также графическим способом на рисунке 3.1. Различие значений , оцененных расчетным и графическим способами при = 20º п.к.в. после НМТ на такте «рабочий ход», составило 0,4%, что может быть признано допустимым [Прил.3].

На диаграмме указана средняя суммарная тангенциальная сила . Она определена как отношение площади между линией